14
climatização
a difusividade térmica, a efusividade térmica e a inércia térmica da envolvente interior dos edifícios Alfredo Costa Pereira GET – Gestão de Energia Térmica, Lda. www.get.pt
A Difusividade Térmica, α =
λ ρ × Cm
(
m2 s
)
é uma propriedade térmica dos materiais de construção, e representa a razão entre a condutividade térmica e a capacidade calorífica volumétrica do material. Esta propriedade expressa a lentidão ou a rapidez com que o calor se propaga no interior de um material de construção, ou de uma estrutura composta como uma parede, pavimento ou teto de um local de permanência de um edifício. Tem a ver, portanto, com o tempo de retenção da energia térmica no interior da envolvente interior de um determinado espaço de um edifício. Interessa que o valor da Difusividade Térmica seja baixo, para que o material possa armazenar durante várias horas a energia térmica absorvida através da sua superfície interior (voltada para o interior do espaço de permanência), para mais tarde, quando for necessário, a devolver ao ambiente. Exprime-se em (m2/s), sendo ρ a massa volúmica aparente seca, em kg/m3, λ = CoefiW ciente de condutibilidade térmica, em = , m×K Cm = Capacidade calorífica mássica, (ou calor J específico mássico), em . kg × K O tempo que demora a temperatura da superfície a alcançar uma certa profundidade no interior de um material ou de uma estrutura composta é dado pela expressão:
t
d2 α
(onde d é a profundidade em metros e α a Difusividade Térmica do material simples ou da estrutura composta). Geralmente a Difusividade térmica é elevada para materiais que tenham uma condutividade térmica igualmente elevada e uma capacidade de armazenamento térmico baixa. Normalmente os materiais com elevada Condutibilidade Térmica, como os metais, www.oelectricista.pt o electricista 51
apresentam também uma Difusividade elevada. Para os materiais de construção mais comuns como o betão, o tijolo, a pedra a madeira, entre outros, o valor da Difusividade Térmica é pequeno, como se pode ver seguidamente: Alvenaria de tijolo com uma espessura de 30 cm Pedra com uma espessura de 45 cm Betão com uma espessura de 15 cm Madeira com uma espessura de 15 cm
α = 4,33 × 10 -7 m2/s α = 1,37 × 10 -6 m2/s α = 6,47 × 10 -7 m2/s α = 1,71 × 10 -7 m2/s
O valor da Difusividade Térmica de um material ou de uma estrutura composta é portanto uma medida do tempo de retenção da energia térmica absorvida no interior dos materiais de construção, não quantificando contudo o valor da energia térmica acumulada. Por outro lado, a Efusividade Térmica
ef = λ × ρ × Cm = λ × CV (
W × s0,5 m2 × K
)
(sendo CV a capacidade calorífica volumétrica) é outra propriedade térmica dos materiais de construção que carateriza a “rapidez” que um determinado material de construção consegue absorver, ou libertar calor através da sua superfície. Exemplo:
A palma da mão sente calor
A palma da mão sente frio
Estando ambas as superfícies à mesma temperatura, quando se coloca a palma da mão sobre uma superfície metálica, tem-se uma sensação de frio, quando comparado quando se coloca a mão sobre um pedaço de madeira. A Efusividade Térmica de um material, ou de uma estrutura composta é tanto maior quanto maiores forem as suas Condutibilidade e Capacidade Calorífica Volumétrica. YANNAS e MALDONADO citam no projeto “PASCOOL”, que a Inércia Térmica Interior de um espaço de um edifício pode ser caraterizada pela Efusividade Média ponderada da sua envolvente interior. Quando a envolvente interior de um espaço de um edifício é formada por diferentes materiais, cada um deles com uma determinada Efusividade Térmica efk , e com uma área AK , define-se uma Efusividade Térmica Média através da expressão: n
efm
∑ A × ef K
K=1
K
n
∑A K=1
K
Como referido anteriormente, a Efusividade Térmica de um material ou de uma estrutura composta, exprime a “rapidez” que esse material tem de, através da sua superfície, absorver (ou libertar) grandes quantidades de calor. Os materiais pesados e termicamente condutivos (água, betão) apresentam uma elevada Efusividade Térmica, contrariamente aos materiais isolantes. Para um dado fluxo de calor, as oscilações de temperatura sofridas por um determinado material, são inversamente proporcionais à sua Efusividade Térmica. Os materiais com baixa Efusividade Térmica, como o asfalto e a cerâmica de barro, gesso cartonado e, em geral, todos os materiais termicamente isolantes, quando solicita-